enkapsulasi probiotik lactobacillus sp. menggunakan

Serambi Engineering, Volume VI, No. 2, April 2021 hal 1814 - 1825

1814

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

Enkapsulasi Probiotik Lactobacillus sp. Menggunakan

Biopolimer Alginat dan Kitosan dengan Metode Satu Tahap

Tazkia Nur Hidayah1*

, Djaenudin2, Novriyanti Lubis

3

1,3

Farmasi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Garut, Garut. 2Loka Penelitian Teknologi Bersih, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia

*Koresponden email: [email protected]

Diterima: 27 Februari 2021 Disetujui: 15 Maret 2021

Abstract

Lactobacillus sp are gram-positive bacteria that cannot survive in acidic conditions, such as stomach

acid conditions (pH 1.5- pH 2.5) so that a carrier is needed so that Lactobacillus sp can survive when

colonizing the intestine. One way to protect Lactobacillus sp in acidic conditions is by encapsulation.

The core material used for Lactobacillus encapsulation uses a mixture of Na-alginate and chitosan.

The mixture formed then becomes microcapsules using an electrospinning device. One of the

components of the electrospinning device is a syringe that provides pressure to form droplets that fall

into a solution of CaCl2 and chitosan with a concentration of 1.2%; 1.6% and 2%. Lactobacillus sp.

The encapsulated viability was tested for viability in simulated gastric acid (0.2% NaCl pH 1.2 and

pH 3) for 1 minute, 60 minutes, and 120 minutes using the Total Plate Count (TPC) method. After the

viability test was carried out, it was found that Lactobacillus sp. encapsulation results with a 2%

chitosan matrix with the number of colonies in the simulated gastric acid pH 3 for 1 minute is 4x109

cfu / g, for 60 minutes 3x109 cfu / g and for 120 minutes is 1x9 cfu /g.

Keywords: encapsulation, chitosan, lactobacillus sp., Na-Alginate, electrospinning

Abstrak

Lactobacillus sp. merupakan bakteri gram positif yang tidak dapat bertahan hidup dalam kondisi

asam, seperti kondisi asam lambung (pH 1,5- pH 2,5) sehingga diperlukan zat pembawa agar

Lactobacillus sp. dapat bertahan hidup ketika berkoloni di usus. Salah satu cara untuk melindungi

Lactobacillus sp. dalam keadaan asam dengan melakukan enkapsulasi. Bahan inti yang digunakan

untuk enkapsulasi Lactobacillus menggunakan bahan campuran Na-alginat dan kitosan. Campuran

yang terbentuk tersebut selanjutnya menjadi mikrokapsul menggunakan alat elektrospinning. Salah

satu komponen alat elektrospinning yaitu jarum suntik yang memberikan tekanan sebagai pembentuk

tetesan yang jatuh ke dalam larutan CaCl2 dan kitosan dengan konsentrasi 1,2%; 1,6% dan 2%.

Lactobacillus sp. yang telah terenkapsulasi diuji viabilitas dalam simulasi cairan asam lambung (0,2%

NaCl pH 1,2 dan pH 3) selama 1 menit, 60 menit, dan 120 menit dengan metode TPC (Total Plate

Count). Setelah dilakukan uji viabilitas didapatkan Lactobacillus sp. Hasil enkapsulasi dengan matriks

kitosan 2% dengan jumlah koloni pada simulasi cairan asam lambung pH 3 selama 1 menit adalam

4x109 cfu/g, selama 60 menit 3x10

9 cfu/g dan selama 120 menit adalah 1x9 cfu/g.

Kata kunci: enkapsulasi, kitosan, lactobacillus sp., Na-Alginat, elektrospinning

1. Pendahuluan

Salah satu bentuk pengembangan makanan fungsional berbasis produk susu adalah yogurt

probiotik atau sering disebut Bio-yogurt. Menurut FAO/WHO probiotik adalah mikroorganisme non-

patogenik yang dapat memberikan efek menguntungkan apabila dikonsumsi dalam jumlah tertentu,

seperti dapat menjaga keseimbangan mikroba usus, dan dapat meningkatkan resisten terhadap

penyakit infeksi salah satunya diare [1]. Golongan mikroba yang menguntungkan adalah BAL

(Bakteri Asam Laktat). BAL dikelompokan menjadi beberapa genus diantaranya Streptococcus,

Leuconostoc, Pediococcus, dan Lactobacillus [2].

Lactobacillus sp. merupakan genus dari Lactobacillus yang memiliki manfaat diantaranya dapat

menstimulasi sistem imun pada usus, mengurangi keparahaan pada saat diare, dan memiliki sifat anti

mikroba [3]. Lactobacillus sp. tidak dapat bertahan hidup dalam kondisi asam, seperti pada kondisi

asam di lambung (pH 1,5-2,5) dan pada suhu yang tinggi dalam proses pengolahan [4]. Sehingga


1815

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

diperlukan penambahan zat pembawa agar probiotik Lactobacillus sp. dapat bertahan hidup ketika

melewati usus dan dapat berkoloni di usus [5].

Namun penggunaan probiotik dalam bahan pangan memiliki beberapa permasalahan

diantaranya dapat menurunkan viabilitas bakteri sehingga jumlahnya tidak mencukupi ketika sampai

di usus menurut FAO/WHO nilai minimum yang harus dipenuhi sekitar 106-10

7 CFU (Colony

Forming Units)/gram bakteri dalam sediaan probiotik yang dapat berkoloni di usus sehingga dapat

memberikan manfaat [6]. Salah satu cara untuk mencegah kerusakan dan berkurangnya viabilitas

bakteri asam laktat di dalam usus dengan memberikan perlindungan melalui proses enkapsulasi [7].

Enkapsulasi adalah suatu proses pembungkusan (coating) bahan inti yang bertujuan untuk

meningkatkan viabilitas dan melindungi bahan inti dari kondisi yang merugikan. Bahan inti yang

digunakan dalam proses enkapsulasi adalah bakteri probiotik dan polimer yang digunakan dalam

proses enkapsulasi adalah Na-Alginat dan Kitosan [8].

Alginat merupakan polisakarida yang diekstrak dari rumput laut yang menjadi salah satu bio-

polimer yang paling umum digunakan dalam proses enkapsulasi probiotik [9]. Keuntungan dari

alginat diantaranya tidak toksik dan dapat membentuk matriks gel untuk menangkap mikroba dalam

larutan CaCl2 [10]. Mikrokapsul alginat berbentuk porous, sehingga zat aktif didalamnya dapat

mengalami kebocoran (leakage). Untuk mencegah keluarnya zat aktif dalam mikrokapsul alginat

maka dapat disalut menggunakan lapisan luar yang tidak mengandung zat aktif [11]. Salah satu

polimer alami yang dapat menjadi penyalut dalam mikrokapsul alginat adalah kitosan. Kitosan

merupakan jenis polimer alami yang dihasilkan dari proses deasetilasi kitin, bersumber dari cangkan

hewan vertebrata [12].

Berdasarkan hal tersebut, maka perlu dilakukan pembuatan enkapsulasi probiotik Lactobacillus

sp. menggunakan biopolimer Alginat 1% dan matriks Kitosan dengan konsetrasi 1,2%, 1,6%, dan 2%

terhadap waktu dalam simulasi cairan asam lambung dengan metode satu tahap (pencampuran

langsung antara CaCl2 dan Kitosan). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui viabilitas, morfologi,

bentuk dimensi Lactobacillus sp. yang telah menggunakan campuran biopolimer Alginat dan Kitosan

pada simulasi cairan asam lambung dengan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopy), dan

mengetahui gugus fungsi yang terkandung dalam enkapsulasi menggunakan FTIR.

2. Metode Penelitian

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Bioproses dan Laboratorium Nanoteknologi yang

bertempat di Gedung Loka Penelitian Teknologi Bersih (LPTB), Lembaga Ilmu Pengetahuan

Indonesia (LIPI) pada tanggal 8 Februari 2020 – 27 Agustus 2020. Pada penelitian ini terdapat

berbagai rangkaian proses, yaitu proses enkapsulasi, proses peredaman mikrokapsul yang

mengandung probiotik tanpa simulasi larutan asam lambung dan dalam simulasi larutan asam

lambung, dan proses pengukuran viabilitas probiotik yang telah terenkapsulasi. Uraian metode yang

digunakan sebagai berikut:

Prosedur Kerja

1. Preparasi Bakteri Lactobacillus sp.

Peremajaan bakteri Lactobacillus sp. pada media Agar dilakukan dengan cara menggoreskan satu

hingga dua bulatan ose yang telah mengandung bakteri Lactobacillus sp. secara zigzag pada media

MRS Agar miring di dalam tabung reaksi steril. Kemudian tabung media ditutup menggunakan

kapas. Diinkubasi pada suhu 37oC selama 48 jam didapatkan kultur stock [13].

2. Preparasi proses Enkapsulasi

- Pembuatan Suspensi Bakteri

Sebanyak 1-2 bulatan ose kultur stock Lactobacillus sp. dimasukkan ke dalam 50 mL MRS

Broth, lalu diinkubasi selama 24 jam pada shaker incubator dengan kecepatan 120 rpm

dengan suhu 30-37oC [14].

- Pembuatan Larutan Kitosan

Pembuatan larutan kitosan dibuat dalam tiga konsentrasi, yaitu konsentrasi 1,2%, 1,6%, dan

2% dalam 100 mL asam asetat 1% [16].

- Pembuatan Larutan Natrium Alginat

Sebanyak 0,1 gram natrium alginat ditimbang kemudian dilarutkan dengan aquadest yang

telah dihangatkan pada suhu 60oC sebanyak 100 mL [14].


1816

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

- Pembuatan Larutan CaCl2 0,1M

Sebanyak 32 gram CaCl2 ditimbang kemudian dilarutkan dengan aquadest sebanyak 1 L,

setelah larut sempurna kemudian disterilkan dalam autoklaf pada suhu 121oC, tekanan 1 atm

selama 15 menit [14].

3. Proses Enkapsulasi

Proses enkapsulasi dilakukan dengan metode ekstrusi menggunakan diameter noozel 29,70

mm dengan Q = 1 mL/menit dan V = 0 kV. Diperoleh hasil enkapsulasi berupa mikrokapsul

dan ditampung dengan wadah berisi 125 mL larutan CaCl2 0,1 M dan larutan kitosan dengan

variasi konsentrasi 1,2%, 1,6%, 2% sebanyak 50 mL, kemudian diaduk selama 30 menit, jarak

antara ujung eksuder dengan larutan ± 6 cm [14].

4. Perhitungan Lactobacillus sp. yang terenkapsulasi

Diambil pada setiap seri pengenceran 1000 µL dan di pipet ke dalam cawan petri lalu

dituangkan MRS Agar ke dalam cawan petri tersebut lalu inkubasi selama 48 jam pada suhu

37oC [17].

5. Peredaman mikrokapsul mengandung probiotik dalam simulasi larutan asam lambung

sebanyak 0,2 gram NaCl dilarutkan di dalam 100 mL aquadest, kemudian diasamkan dengan

HCl 0,5 M hingga pH 1,5 (20 tetes) lalu pipet 9 mL larutan dan disimpan ke dalam tabung

ulir.

6. Uji Viabilitas Probiotik Hasil Enkapsulasi

Manik hasil enkapsulasi ditimbang sebanyak 1 gram dalam Laminar Air Flow (LAF) lalu

direndam dalam larutan Na sitrat 1% sebanyak 9 mL dalam gelas kimia 30 mL dan diaduk

menggunakan magnetic stirrer selama ± 2 jam pada suhu kamar [19]. Pada setiap

pengenceran, diambil 1 mL larutan dan dimasukkan ke dalam cawan petri, pada tahap ini

dilakukan secara triplo. Setelah itu, tuangkan MRS Agar sebanyak 20 mL ke dalam masing-

masing cawan petri yang sudah berisi campuran larutan mikrokapsul dan pepton 0,1%.

Selanjutnya, tahap inkubasi, cawan petri yang berisi media dan bakteri diinkubasi dalam

inkubator dengan suhu 37oC selama 48 jam. Kemudian dihitung jumlah koloni yang tumbuh

dengan prinsip metode TPC [15].

7. Morfologi mikrokapsul diketahui dengan pengujian Scanning Electron MicroscrophI (SEM)

dan gugus fungsi yang terkadung dalam mikrokapsul diketahui dengan pengujian FTIR

3. Hasil dan Pembahasan Bakteri Lactobacillus sp. merupakan genus terbesar dalam bakteri asam laktat. Termasuk ke

dalam bakteri gram positif yang tumbuh pada pH 4,5-8,5, katalase negatif, anaerobik fakultatif, dan

heterofermentatif fakultatif terdapat dalam yoghurt, keju, dan produk olahan susu lainnya. Memiliki

karakteristik diantaranya, berbentuk batang dengan panjang 2-4 µm dengan lebar 0,7-1,1 µm, dan

tidak berspora. Lactobacillus sp. mengalami pertumbuhan pada suhu 30-370C [20].

Lactobacillus sp. tidak bersifat patogen dalam tubuh host yang sehat dan dianggap penting

untuk mempertahankan kesehatan saluran cerna. Namun, bakteri ini tidak tahan dalam keadaan asam

lambung, sementara bakteri memberikan manfaat saat mencapai usus dan berkoloni di usus dengan

mengandung ± 10

-6-10

-7 CFU/g. Maka dilakukan teknik enkapsulasi agar bakteri dapat melewati

lambung sehingga bermanfaat dalam usus [6][7].

Gambar 1 merupakan hasil SEM dari probiotik Lactobacillus sp yang belum mengalami

proses enkapsulasi dan proses peredaman dalam cairan simulasi asam lambung, menunjukan bahwa

Lactobacillus sp memiliki bentuk batang dengan ujung persegi cenderung membentuk rantai. Ketika

Lactobacillus sp. dienkapsulasi, harus dipastikan dua kondisi agar enkapsulasi berjalan dengan

optimal. Yang pertama, lapisan pelindung probiotik dapat mempertahankan kelangsungan hidup

bakteri dalam simulasi cairan asam lambung, dan yang kedua probiotik yang terbungkus dapat

dilepaskan pada saat simulasi cairan usus [21]. Enkapsulasi bertujuan untuk menstabilkan sel, untuk

meningkatkan kelangsungan dan stabilitas zat aktif selama di produksi, penyimpanan dan penanganan

[21]. Dalam enkapsulasi yang telah dilakukan menggunakan metode ekstrusi. Metode ini dipilih

karena menggunakan alat yang sederhana berupa jarum suntik dan untuk menghindari suhu ekstrim

saat proses enkapsulasi yang dapat menyebabkan berkurangnya jumlah dan viabilitas bakteri probiotik

[22].


1817

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

Gambar 1. Hasil SEM Lactobacillus sp. dengan perbesaran 10000x

Sumber: Data penelitian, 2020

Proses enkapsulasi yang dilakukan terhadap bakteri probiotik kali ini menggunakan biopolimer

alginat 1% dan kitosan dengan variasi 1,2%; 1,6%; dan 2% [23]. Alat yang digunakan dalam proses

enkapsulasi yaitu electrospinning dengan proses electrohydrodinamic. Electrohydrodinamic

merupakan proses dari electrospraying yang mudah, fleksibel. Prinsip dari alat tersebut adalah larutan

polimer disemprotkan dengan mengaplikasikan potensial listrik dengan tegangan tinggi untuk

memperoleh partikel dengan ukuran mikron, submikron atau rentang nano [24]. Tegangan listrik pada

alat electrospinning berfungsi untuk menarik tetesan dari ujung needle menuju larutan CaCl2. Voltase

yang digunakan pada proses enkapsulasi yaitu 0 kV tetesan yang keluar memakan waktu yang lama

sesuai dengan settingan pada laju alir 1 mL/ menit dalam volume 50 mL sehingga waktu yang

dibutuhkan untuk proses pembuatan mikrokapsul selama 50 menit sementara diameter noozel yang

digunakan ± 0,394 mm.

Mikrokapsul yang telah terbentuk dimasukkan ke dalam plastik zipper dan disimpan di dalam

lemari pendingin dengn suhu 40C dengan alasan penggunaan suhu yang rendah dapat menyebabkan

penurunan tingkat reaksi kimia yang merugikan, seperti oksidasi asam lemak [25]. Mikrokapsul yang

terbentuk bulatan gel terjadi karena peredaman tetesan dari alginat ke dalam larutan CaCl2 dan

kitosan. Ion kalsium dalam CaCl2 akan mengikat silang polimer dan menggantikan ion natrium dalam

polimer alginat, ion kalsium menempelkan satu sama lain pada banyak titik dalam polimer. Proses ini

disebut dengan tautan silang dan menghasilkan bentuk bulat yang tidak larut air. Setiap ion kalsium

dapat berkaitan dengan dua rantai polimer alginat [26].

Tabel 1. Pemeriksaan organoleptik enkapsulasi Lactobacillus sp. menggunakan variasi konsentrasi

matriks kitosan

Konsentrasi Kitosan Organoleptis Jumlah

mikrokapsul Bentuk Warna Bau

1,2% Bulat sempurna Putih Tidak berbau 37,3 g.

1,6% Bulat sempurna Putih Tidak berbau 33,4 g.

2% Bulat sempurna Putih Tidak berbau 25,8 g.

Sumber: Data penelitian, 2020

Gambar 2. (a) Kitosan 1,2%, (b) Kitosan 1,6%, (c) Kitosan 2%

Sumber: Data penelitian, 2020.

b a c


1818

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

Gambar 2 menunjukkan bahwa organoleptis dari enkapsulasi probiotik Lactobacillus sp

yang dihasilkan dengan metode 1 tahap (larutan CaCl2 bersamaan dengan larutan kitosan) memiliki

bentuk bulat dengan permukaan yang halus, berwarna putih, dan tidak berbau. Mikrokapsul yang

dihasilkan dari setiap konsentrasi kitosan berbeda-beda, diantaranya kitosan 1,2% menghasilkan,

mikrokapsul sebanyak 37,3 g, kitosan 1,6% menghasilkan mikrokapsul sebanyak 33,4 g, dan kitosan

2% menghasilkan mikrokapsul sebanyak 25,8 g. Konsentrasi kitosan yang semakin kecil

menyebabkan mikrokapsul yang dihasilkan semakin banyak, hal ini disebabkan karena kitosan 1,2%

memiliki larutan yang tidak terlalu kental dibandingkan kitosan 1,6% dan 2%. Karakteristik

mikrokapsul yang dihasilkan ditentukan oleh jenis dan komposisi biopolimer yang digunakan dalam

proses enkapsulasi dan akan mempengaruhi diameter serta bentuk mikrokapsul yang dihasilkan.

Komposisi biopolimer juga mempengaruhi viabilitas probiotik yang dienkapsulasi.

Gambar 3. Reaksi pembentukan mikrokapsul


Gambar 3 menunjukan reaksi pembentukan mikrokapsul yang berbentuk bulat, tautan silang

ini menghasilkan padatan gel yang bersifat fleksibel dan lunak. Semakin lama perendaman maka akan

menyebabkan lebih banyak ikatan silang ion kalsium dengan polimer alginat dan menghasilkan

tekstur semakin padat. Kitosan digunakan sebagai penambahan lapisan pelindung pada permukaan

mikrokapsul sehingga meningkatkan kekuatan dan kestabilan mikrokapsul. Peningkatan stabilitas dan

perlindungan yang efisien pada mikrokapsul disebabkan adanya interaksi ionik yang kuat antara

alginat dengan kitosan. Ketika mikrokapsul disalut menggunakan kitosan akan menghasilkan

kompleks elektrolit. Kompleks polielektrolit merupakan kompleks asosiasi yang terbentuk antara

poliion dengan muatan yang berlawanan karena adanya interaksi elektrostatik antara poliion

bermuatan tersebut. Muatan negatif gugus asam karboksilat dari alginat akan berikatan dengan

muatan positif gugus amino dari kitosan secara ionik [27].

Pelapisan mikrokapsul menggunakan alginat dan kitosan dapat mengurangi porositas alginat,

mengurangi kebocoran ketika mengenkapsulasi bakteri, dan akan stabil pada beberapa rentang pH.

Pencampuran kitosan dengan CaCl2 mengakibatkan mikrokapsul yang terbentuk menjadi lebih

banyak dibandingkan dengan menggunakan metode yang tidak dimodifikasi dikarenakan larutan

CaCl2 langsung bercampur dengan larutan kitosan. Untuk mengetahui keberhasilan dari pembuatan

enkapsulasi probiotik Lactobacillus sp. menggunakan metode 1 tahap (larutan CaCl2 dicampurkan

dengan larutan kitosan) maka dilakukan uji viabilitas dengan metode TPC (Total Plate Count).

Metode ini digunakan untuk menghitung jumlah bakteri pada sampel yang akan diuji [28].

Larutan natrium alginat dan lactobacillus sp. Ion kalsium CaCl2 menggantikan ion

natrium pada alginat

Mikrokapsul yang dilapisi alginat dan kitosan


1819

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

Larutan yang digunakan untuk pengenceran yaitu larutan Pepton 0,1% yang berfungsi sebagai

sumber nitrogen pada media pembiakan mikroorganisme untuk tumbuh. Sedangkan natrium sitrat

yang digunakan untuk merendam mikrokapsul berfungsi untuk membuka penyalutan bakteri,

sehingga dapat dijadikan sebagai pembuktian apakah adanya penyalutan dapat memperlambat atau

dapat mempertahankan jumlah koloni bakteri yang seharusnya tetap saat berada dalam kondisi

ekstrim.

Tabel 2. Hasil perhitungan Lactobacillus sp. hasil enkapsulasi matrik Kitosan

Konsentrasi Kitosan Free cell Lactobacillus sp.

(cfu/mL)

Lactobacillus sp. hasil enkapsulasi

(cfu/g)

1,2% 5x1010

5,6x109

1,6% 5x1010

3x1010

2% 5x1010

7x1010


Gambar 4 menunjukkan konsentrasi kitosan 1,6% memiliki nilai persentase yield yang tinggi

dibandingkan dengan kitosan (1,2%). Maka dapat dikatakan bahwa konsentrasi kitosan 1,6% yang

paling optimum karena memiliki % yield yang tinggi, semakin tinggi % yield maka semakin tinggi

juga jumlah sel bakteri yang bertahan dan terenkapsulasi.

Gambar 4. Grafik nilai persen yield dari berbagai variasi konsentrasi enkapsulasi Lactobacillus sp.


Pengujian viabilitas mikrokapsul hasil enkapsulasi dengan matrik kitosan dalam simulasi cairan

asam lambung dan usus halus dilakukan variasi terhadap waktu dan konsentrasi cairan asam lambung.

Waktu inkubasi mikrokapsul di dalam simulasi cairan asam lambung berlangsung selama 1, 60, dan

120 menit. Sementara, pH yang digunakan untuk simulasi cairan asam lambung yaitu pH 1,2 dan pH

3. Setelah mikrokapsul melalui proses inkubasi selama 1, 60, dan 120 menit pada larutan simulasi pH

1,2 dan pH 3, mikrokapsul direndam dalam larutan pepton sebagai sumber nitrogen untuk bakteri,

selanjutnya direndam kembali dalam simulasi larutan garam empedu sambil di stirrer sampai hancur,

dan disuspensikan ke dalam larutan pepton 0,1% dan dilakukan pengenceran bertingkat.

Tabel 3. Jumlah koloni bakteri pada free cell dan koloni bakteri setelah proses enkapsulasi diinkubasi alam

simulasi cairan asam lambung

Konsentrasi

Kitosan

pH 3 pH 1,2

Free cell (cfu/mL) Mikrokapsul (cfu/g) Free cell (cfu/mL) Mikrokapsul

(cfu/g)

1’ 60’ 120’ 1’ 60’ 120’ 1’ 60’ 120’ 1’ 60’ 120’

1,2% 7x109 1x10

6 2x10

5 3,6x10

7 3x10

5 1x10

5 0 0 0 0 0 0

1,6% 7x109 1x10

6 2x10

5 2x10

10 2x10

9 1x10

8 0 0 0 0 0 0

2% 7x109 1x10

6 2x10

5 4x10

9 3x10

9 1x10

9 0 0 0 0 0 0


84%

86%

88%

90%

92%

94%

96%

98%

Alginat + kitosan

1,2%

Alginat + kitosan

1,6%

Alginat + kitosan 2%

91,29%

96,79%

89%


1820

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

Gambar 5 menunjukan bahwa survivabilitas dari variasi konsentrasi kitosan 2% merupakan

konsentrasi yang paling optimum karena pada proses perendaman enkapsulasi dalam simulasi asam

lambung pada waktu 120 menit masih tidak terjadi penurunan yang signifikan dan masih dalam range

90%, hal tersebut sesuai dengan tujuan dilakukannya enkapsulasi untuk melindungi bakteri dari

faktor-faktor lingkungan yang berbahaya bagi bakteri [6].

Gambar 5. Grafik survivabilitas dari variasi konsentrasi enkapsulasi Lactobacillus sp.


77,5%

56,2% 51,3%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

1' 60' 120'

Survivabilitas enkapsulasi Kitosan 1,2% (pH 3)

Waktu inkubasi (menit)

Surv

ivab

ilit

as (

%)

98,3%

88,8%

76,3%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

1' 60' 120'

Survivabilitas enkapsulasi Kitosan 1,6% (pH 3)


Surv

ivab

ilita

s (%

)

96%

94,7%

90%

86%

88%

90%

92%

94%

96%

98%

1' 60' 120'

Survivabilitas enkapsulasi Kitosan 2% (pH 3)


Surv

ivab

ilit

as (

%)


1821

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

Setelah pengujian didapati bahwa mikrokapsul hanya tumbuh dalam simulasi cairan asam

lambung pH 3, sedangkan pada pH 1,2 tidak terjadi pertumbuhan bakteri sama sekali. Lamanya waktu

inkubasi yang dilakukan dalam simulasi cairan asam lambung pH 3 memiliki hasil penurunan yang

tidak signifikan atau sangat kecil. Namun, pada konsentrasi kitosan 1,2% dengan nilai koloni pada

waktu 120 menit yaitu 1 x 105 tidak memenuhi range standar nilai minimum oleh FAO yaitu 10

6-10

7

cfu (colony forming units) hal ini disebabkan karena konsentrasi kitosan 1,2% tidak optimum dalam

perlindungan enkapsulasi [6].

Pengujian Scanning Electron Microscopy (SEM) dilakukan untuk mengetahui bentuk dan

morfologi dali Lactobacillus sp. hasil enkapsulasi tanpa simulasi cairan asam lambung sebagai kontrol

dibandingkan dengan hasil enkapsulasi yang telah direndam dalam simulasi cairan asam lambung

pada pH 1,2 dan 3 dengan waktu inkubasi 120 menit. Uji foto SEM dilakukan pada konsentrasi 2%

yang merupakan konsentrasi optimum karena penurunan viabilitas yang terjadi sangat sedikit.

Gambar 6. Uji Foto SEM mikrokapsul hasil enkapsulasi pada pembesaran 80x dan 50x

Sumber: Penelitian, 2020. Keterangan: a)Mikrokapsul tanpa diinkubasi dalam simulasi cairan asam lambung, b)Mikrokapsul diinkubasi

120 menit dalam simulasi cairan asam lambung pH 3, dan c)Mikrokapsul diinkubasi 120 menit dalam simulasi

cairan asam lambung pH 1,2.

Berdasarkan Gambar 6 dari hasil analisa SEM diketahui bahwa ukuran mikrokapsul

Lactobacillus sp dengan kitosan 2% memiliki ukuran yang berbeda-beda, untuk mikrokapsul tanpa

simulasi cairan asam lambung dengan pembesaran 80x memiliki diameter 818,8µm, sementara untuk

simulasi cairan asam lambung pada pH 3 dengan pembesaran 50x memiliki diameter 297,4 µm, dan

untuk simulasi cairan asam lambung pada pH 1,2 dengan pembesaran 50x memiliki diameter 406-550

µm. Hasil SEM pada pH 1,2 menunjukkan mikrokapsul sudah tidak berbentuk, ini disebabkan karena

semakin tinggi asam maka mikrokapsul akan semakin larut. Ukuran mikrokapsul yang lebih besar (2-

4 mm) dengan teknik ekstrusi pada penelitian Muthukumarasamy dkk (2006), dapat lebih melindungi

bakteri Lactobacillus reuteri dibandingkan dengan ukuran mikrokapsul 20-1000 µm.

Hasil SEM pada diameter mikrokapsul tidak sesuai dengan teori, mungkin hal ini disebabkan

adanya pengaruh pencampuran CaCl2 dengan kitosan 2% yang menyebabkan diameternya kecil.

Sedangkan bila diamati pada perbesaran yang lebih besar yaitu pada 5000x yang terlihat pada

Gambar 7 bahwa bahan pengapsul mengalami pengerutan diakibatkan oleh simulasi cairan asam

lambung, sehingga muncul ikatan hidrogen yang lebih kuat dan struktur dari bahan pengapsul menjadi

lebih rapat. Pada mikrokapsul tanpa simulasi cairan asam lambung masih terdapat rongga, sementara

pada simulasi cairan asam lambung pH 3 mikrokapsul sudah mulai tidak melindungi lagi, dan pada

simulasi cairan asam lambung pada pH 1,2 mikrokpasul sudah tidak melindungi lagi hal ini

disebabkan karena waktu inkubasi yang lama dan pH yang tinggi menyebabkan mikrokapsul tidak

stabil lagi. Hal ini sesuai dengan uji viabilitas bakteri hasil enkapsulasi pada simulasi cairan asam

lambung dengan pH 1,2 bahwa tidak didapati pertumbuhan koloni bakteri pada media MRS Agar

karena bakteri sudah dalam keadaan bebas tidak ada lapisan yang melindunginya dari paparan kondisi

ekstrim.

a b c


1822

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

Gambar 7. Uji foto SEM mikrokapsul hasil enkapsulasi pada pembesaran 5000x


Keterangan: a) Mikrokapsul tanpa diinkubasi dalam simulasi cairan asam lambung, b) Mikrokapsul diinkubasi

120 menit dalam simulasi cairan asam lambung pH 3, dan c) Mikrokapsul diinkubasi 120 menit dalam simulasi


Gambar 8. Spektrum EDS enkapsulasi

Sumber: Data penelitian, 2020. Keterangan: a) Mikrokapsul tanpa diinkubasi dalam simulasi cairan asam lambung, b) Mikrokapsul diinkubasi



Spektrum EDS memberikan informasi mengenai komposisi unsur-unsur yang terkandung pada

enkapsulasi probiotik Lactobacillus sp. tanpa menggunakan simulasi cairan asam lambung dan

dengan menggunakan simulasi cairan asam lambung pada pH 3 dan pH 1,2 secara kualitatif serta

untuk mengetahui pola sebaran bahan yang digunakan dalam proses enkapsulasi. Selanjutnya

dilakukan pemeriksaan secara FTIR untuk melihat gugus fungsi pada enkapsulasi yang menggunakan

biopolimer alginat dan kitosan dengan konsentrasi 2%. Rentang waktu 120 menit pada mikrokapsul

tanpa menggunakan simulasi cairan asam lambung dengan menggunakan simulasi cairan asam

lambung pada pH 3 dan pH 1,2. Analisis FTIR bertujuan untuk melihat apakah dalam keadaan asam

mempengaruhi gugus fungsi.

b

a b c

a

c


1823

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

Tabel 4. Presentasi bahan yang terkandung dalam enkapsulasi

Element

Mikrokapsul tanpa

simulasi asam lambung Mikrokaspsul pH 3 Mikrokapsul pH 1,2

Wt% Wt% Sigma Wt% Wt% Sigma Wt% Wt% Sigma

C 60,12 0,42 24,69 1,35 26,34 1,36

O 33,35 0,42 13,69 0,42 12,70 0,44

Na - - 25,58 0,50 23,79 0,48

Cl 3,40 0,08 34,98 0,66 37,17 0,72

Ca 3,13 0,09 1,07 0,09 - -

Total 100 100 100


Gambar 9. Spektrum FTIR


Keterangan: a) Mikrokapsul tanpa diinkubasi dalam simulasi cairan asam lambung, b) Mikrokapsul diinkubasi



a

b

c


1824

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

Gambar 9 menunjukan bahwa kitosan dan alginat mempunyai kemiripan spektra dalam

analisis gugus fungsional dari IR, karena kitosan dan alginat memiliki gugus fungsi yang hampir

sama. Gugus fungsional pada mikrokapsul tanpa simulasi cairan asam lambung menunjukan

keberadaan gugus –NH2 dan –OH dari kitosan ditunjukkan oleh serapan bilangan gelombang 3332,10

cm-1

, sementara serapan pada bilangan gelombang 1633,39 menunjukkan keberadaan gugus C=O dari

alginat, dan keberadaan C-O ester ditunjukkan oleh dibilangan gelombang 1032,31 cm-1.Gugus C-O

muncul pada bilangan gelombang 1032,31 cm-1

dengan intensitas yang rendah artinya gugus C-O dari

alginat telah banyak yang berikatan dengan Ca2+

sebagai pengikat silang gugus –COO. Serapan pada

bilangan gelombang 1417,36 cm-1

menunjukkan terbentuknya garam karboksilat, artinya ada interaksi

gugus –NH2 kitosan dan –COO alginat yaitu interaksi kompleks polielektrolit [29]. Gugus fungsional

pada mikrokapsul dengan pH 3 dan pH 1,2 hasilnya tidak terlalu jauh dengan hasil FTIR mikrokapsul

tanpa simulasi cairan asam lambung.

4. Kesimpulan

Kitosan dengan konsentrasi 1,2%;1,6% dan 2% dapat digunakan sebagai matriks dalam proses

enkapsulasi bakteri Lactobacillus sp dengan nilai viabilitas pada waktu 120 menit setiap variasi

konsentrasi mendapatkan masing-masing nilai 1x105 cfu/g; 1x10

8 cfu/g dan 1x10

9 cfu/g. Setelah

dilakukan uji viabilitas probiotik terenkapsulasi dalam simulasi cairan asam lambung pada pH 1,2 dan

pH 3 dengan waktu inkubasi 1 menit, 60 menit, dan 120 menit, didapatkan konsentrasi penyalut yang

dapat mempertahankan viabilitas dalam enkapsulasi adalah kitosan 2% dengan viabilitas berturut-

turut 1x109 cfu/g; 4x10

9 cfu/g; 3x10

9 cfu/g; dan 1x10

9 cfu/g. Hasil yang diperoleh dari uji foto SEM

pada mikrokapsul dengan konsentrasi kitosan 2% tanpa diinkubasi dalam larutan simulasi cairan asam

lambung dan diinkubasi dalam larutan simulasi cairan asam lambung pada pH 1,2 dan pH 3 diameter

yang diperoleh 297,4 µm sampai 818,8µm dengan pembesaran 50x sampai 80x. Semakin asam

kondisi lingkungan maka semakin terbuka bahan pengapsul, sehingga mengakibatkan bakteri keluar

dari mikrokapsul.

5. Daftar Pustaka

[1] Food and Agriculture Organisation of the United Nations and World Health Organization, Health

and Nutrition Properties of Probiotics in Food including Powder Milk with Live Lactic Acid

Bacteria, Report of a joint FAO/WHO Expert Cpncultation on Evaluation of Health and Nutrion

Properties of Probiotics in Food including Powder Milk with Live Lactic Acid Bacteria. World

Health Organization, 2011.

[2] Simadibrata, Marcellus. 2011. Probiotik-Peranannya Dalam Dunia Medis. Jakarta : Divisi

Gastroenterologi Departemen Ilmu Penyakit Dalam Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia

RS. Cipto Mangunkusumo Indonesia.

[3] Figueroa-Gonzales, Ivonne, G. Quijano, G. Ramirez, “Probiotics and Prebiotics-Perspective and

Challenges,” J. Sci Food Agric, Vol. 91: 1341-1348, 2011.

[4] Mandal, S., A. K. Puniya., K. Singh, “Effect of alginate concentration on surival of

mivroencapsulated Lactobacillus casei NCDC-298,” Int. Dairy J.,, 16, 1190 – 1195, 2005.

[5] M.D. Piano, “Is microencapsulation the future of probiotic preparation? The increased officacy

of gastro-protected probiotics,” Gut Microbes. 2:2, 120-123, 2011.

[6] M, Firdaus, Setijawati D, Kartikaningsih, “The Effect of Lactobacillus Acidophilus Microcapsule

Which Encapsulated by Kappa Caragenan Toward In Vivo Functional Test,” Research Journal

of Life Science, E-ISSN: 2355-9926, Vol. 1 (1), 2014. http://rjls.ub.ac.id

[7] Carranza, P. Hernández, A. López-Malo, Maria-Teresa Jimėnez-Munguia, “Microencapsulation

Quality and Efficiency of Lactobacillus casei by Spray Drying Using Maltodextrin and

Vegetable Extracts,” J. of Food Research, Vol. 3 (1), ISSN 1972-0887 E-ISSN 1927-0895, 2014.

[8] Wu, Low Melt Encapsulation with High Laurated Canola Oil, US Patent 6,153,326, 2000.

[9] Rokka, Susanna, P. Rantamaki, “Protecting Probiotic Bacteria by Mircoencapsulation:

Challenges of Industrial Applications,” Eur Food Res Technol, Vol. 231:1-12, 2010.

[10] Cook MT, “Layer-by-layer coating of alginate matrices with chitosan-alginate for the improved

survival and targeted delivery of probiotic bacteria after oral administration,” J. Mater Chem,

B.1(1):52–60, 2013.


1825

p-ISSN : 2528-3561

e-ISSN : 2541-1934

[11] Ayuningtyas, Wildana. 2015. Ketahanan Bakteri Probiotik Bifidobacterium longum BF-1 yang

dienkapsulasi Nano Alginat terhadap Cairan Lambung dan Usus Halus Simulasi. Bogor:

Departemen Gizi Masyarakat Fakultas Ekologi Manusia Institus Pertanian Bogor.

[12] Pradikaningrum, Henny. 2015. Uji Viabilitas Mikroenkapsulasi Lactobacillus casei

menggunakan Matrik Kitosan. Jakarta: Program Studi Farmasi Fakultas Kedokteran dan Ilmu

Kesehatan Jakarta.

[13] Kholisoh G. 2016. Uji Viabilitas Enkapsulasi Lactobacillus casei Menggunakan Matriks Kappa

Karagenan Uji Viabilitas Enkapsulasi Lactobacillus casei. Jakarta: UIN Syarif Hidayatullah; p.

7–8.

[14] Li, X, Y., Chen, X, G., Cha, D, S., Park, H, J., Sun, Z, W, “Preparation of

alginate/chitosan/carboxymethyl chitosan complex microcapsules and application in

Lactobacillus casei ATCC 39,” J. of Carbohydrate Polymers, 83: 1479-1485, 2011.

[15] Woraharn, Sasimar, C. Chaiyasut, B. Sirithunyalug, J. Sirithunyalug, “Survival Enhancement of

Probiotic Lactobacillus plantarum CMU-FP002 by Granulation and Encapsulation Techniques,”

African J. of Microbiology Research, Vol. 4(20) pp. 2086-2093, 18 October, 2010. ISSN 1996-

0808 ©2010 Academic Journals. http://www.academicjournals.org/ajmr.

[16] Marzuki, Ismail. 2012. Pelepasan Terkendali Kalium Klorida dalam Mikrosfer Kitosan dengan

Metode Tautan Silang. Skripsi. Universitas Indonesia.

[17] N. Benderska, S. Chakilam, M. Hugle, J. Ivanovska, M. Gandesiri, L.J. Schulze, “Apoptosis

signalling activated by TNF in the lower gastrointestinal tract-riview,” Current Pgarmaceutical

Biotecnology, 2248-2258, 2012.

[18] O. Sandoval-Castilla, C. Lobato-Calleros, H. S. Garcia-Galindo, J. Alvarez-Ramirez, E. J.

Vernon-Carter, “Textural properties of alginate-pectin beads and survivability of entrapped

Lb.casei in Simulated Gastrointestinal Conditions and In Yoghurt,” Food Research International,

vol. 43 (1), 111-117, 2010.

[19] Benderska, N., Chakilam, S., Hugle, M., Ivanovska, J., Gandesiri, M. dan Schulze L.J. (2012).

Apoptosis signalling activated by TNF in the lower gastrointestinal tract-riview. Current

Pgarmaceutical Biotecnology. 2248-2258.

[20] Serna-cock L, Vallejo-castillo V. 2013. Probiotic Encapsulation

[21] Gbassi K, and Thierry Vandamme. 2012. Probiotic Encapsulation Technology: from

Microencapsulation to Release into the Gut. ISSN 1999-4923.

www.mdpi.com/journal/pharmaceutics

[22] Heidebach, T., Petra F., Ulrich. K. 2010. Influence of casein-based mircroencapsulation on

freeze-drying and strorage of probiotic cells. Journal of Food Engineering. 98, 309-316

[23] I. Marzuki, “Pelepasan Terkendali Kalium Klorida dalam Mikrosfer Kitosan dengan Metode

Tautan Silang,” Skripsi, Universitas Indonesia, 2012

[24] J.A. Bhushani, “Electrospinning and electrospraying techniques : Potential food based

applications,” Trends Food Sci Technol [Internet], 2016, Available from:

http://dx.doi.org/10.1016/j.tifs.`2014.03.004

[25] T. Heidebach, F. Petra, K. Ulrich, “Influence of casein-based mircroencapsulation on freeze-

drying and strorage of probiotic cells,” J. of Food Engineering, 98, 309-316, 2010.

[26] L. Serna-cock, V. E. Vallejo-castillo, “Probiotic Encapsulation,” African J. of Microbiology

Research, 7(40):4743, 2013.

[27] T. Pawestrisiwi, “Mikroenkapsulasi Double Coating Menggunakan Natrium Alginat dan

Kitosan,” Skripsi, Universitas Indonesia, Depok, 2011.

[28] Heidebach, T., Petra F., Ulrich. K. 2010. Influence of casein-based mircroencapsulation on

freeze-drying and strorage of probiotic cells. Journal of Food Engineering. 98, 309-316P.F.

[29] Umawiranda, S. E. Cahyaningrum, “Enkapsulasi Pirazinamid Menggunakan Alginat Dan

Kitosan,” J. of Chemistry, UNESA, Vol. 3 (3), 2014.

http://dx.doi.org/10.1016/j.tifs.%602014.03.004

https://www.researchgate.net/journal/African-Journal-of-Microbiology-Research-1996-0808

https://www.researchgate.net/journal/African-Journal-of-Microbiology-Research-1996-0808

enkapsulasi probiotik lactobacillus sp. menggunakan

Documents